分光光度法的规范

大多数科学家使用分光光度计作为学生,可能在入门生物学实验室,许多研究人员继续应用这种技术。快速浏览一下PubMed,自1972年以来,每年**少有几千篇文章发布了分光光度法这一术语 - 2008年超过7,000篇。简单地说,分光光度计测量特定波长的光通过样品或被反射的程度。其中有棘手的部分,因为不同的平台分析不同波长范围的光。

随着Beckman DU分光光度计的发布,该技术于1940年开始实施。该设备来自该公司 - **先称为National Technologies实验室,然后是Beckman Instruments,现在是Beckman Coulter,由美**化学家Arnold Beckman创办。美**工程师Howard Cary担任开发此设备的项目负责人。

**个分光光度计和今天遵循相同的一般原则:该装置在样品处引导特定波长的光,并且用传感器测量反射和透射光。将样品暴露于各种波长的入射光会产生样品的指纹。未被反射或透射的光被吸收。

该技术**重要的改进之一是创造光的方法。在**个平台中,开发人员使用棱镜来产生所需波长的光。今天,光源来自各种来源,如氘灯或卤素灯。光源部分取决于分光光度计**产生的波长种类。

该技术**重要的改进之一是创造光的方法。

分光光度计使用波长为约10-25,000纳米(nm)的入射光。在从较高能量到较低能量的光谱中移动,这些光谱范围是紫外线(UV; 10-380nm),可见光(Vis; 390-700nm),近红外线(NIR; 800-2,500nm)和IR(IR;通常是中红外或2,500-25,000纳米)。暂时不说:将这些数字仅视为近似值,因为不同的数据源将范围区分开来有点不同 - 但通常彼此相差10个左右。

在大多数情况下,分光光度计有IR,Vis,UV-Vis或UV-Vis-NIR。虽然分光光度计可以以多种方式分组 - 单波长或多波长,入射光的角度等等 - 本买方指南将读取器从较低能量光源传输到较高能量光源,从较长波长移动到较短波长。从功能的角度来看,从研究人员的角度来看,这种安排提供了一种更简单的方法。

为了帮助科学家,本买家指南还提供了各种分光光度法近期应用的简要示例。通过这种方式,本文向科学家们展示了这项技术可以做些什么,这通常不只是告诉研究人员仪器的规格。然而,无论是展示还是讲述,无论是长篇小说还是书籍,都可以提供这个仪器**域的包容性之旅。相反,以下内容提供了一个概述,旨在帮助研究人员计划他们为实验室添加有价值的新设备的下一步。

IR四周

在IR类别中,分光光度计倾向于傅立叶变换或FT-IR平台。其中**着名的设备之一是Nicolet FTIR分光光度计,该分光光度计有几种型号来自赛默飞世尔科技。例如,Nicolet iS 50 FT-IR可以设置为简单的台式设备或全自动平台。它还可以覆盖从远红外到可见光的光。

这些设备可以以多种方式使用。例如,Shimadzu的IRSpirt附带了23个应用程序。此外,它小而轻,足以将其带到样品中。该分光光度计还可以容纳第三方配件,可以扩展应用范围。同样,布鲁克的ALPHA II平台使用该公司的QuickSnap采样模块来测试固体,液体或气体样品。

除硬件外,科学家还需要软件功能。特别是在药品研发或学术药物研究等受监管的应用**域,科学家们将欣赏Qualitest的QualiFT-IR 5000分光光度计等设备,以满足美**FDA CRF 21 Part 11要求的要求。该平台和其他平台也可以使用为特定应用程序设计的可选软件包。

尽管分光光度计很久以前就已进入实验室,但这项技术适用于广泛的现代研究。例如,在伊朗,科学家们使用FT-IR分光光度法,在其他光谱范围内使用分光光度法,以及其他分析方法 - 来研究纳米传感器的实验形式。1科学家们用附着在量子点上的配体构建了纳米传感器,并用它来量化水样中的铜离子。FT-IR分光光度法帮助研究人员对量子点进行了表征。

许多医疗保健任务也可以使用这项技术。在巴西Universidade Estadual Paulista的制药科学学院,科学家们发现FT-IR分光光度法可以用来量化粉末中的抗菌达托霉素。2作者指出:“红外分光光度法脱颖而出,因为它不使用有机溶剂......而且还可以对物质进行定量分析。”

因此,单个FTIR分光光度计平台 - 如果购买具有所需的功能和选项 - 通常可以执行许多程序,并且可以很容易地配备甚**更多。

我们看到了什么

可见光谱复制人类可以看到的波长。然而,对于许多Vis分光光度计,波长范围略高于我们的视觉能力。

例如,Thermo Fisher Scientific的Model 1200提供325-1,000 nm的检测范围,波长精度为±2 nm。虽然这些平台可以相当简单,但这个平台包括吸光度,透射率和浓度的模式。它还执行一键自动归零和消隐。此设备可以使用基于Windows的软件运行,以便在Excel中收集数据。正如产品说明所述:“免工具和无对齐的灯泡更换,大型样品室和各种可选配件,使该型号成为任何标准应用的理想选择。”

VWR的V-1200提供类似功能,另外还可以添加8芯更换器。VWR称该仪器“可靠,坚固且易于使用。”在Vis分光光度计中,这些正是应该预期的特性,因为它们远非分光光度计中**复杂的平台。实际上,它们是**简单的,使用单个灯用于入射光和简单的光电二极管检测器。

其中一些设备看起来就像我在大约40年前在本科实验室中使用的设备一样,听到其中一些设备仍在使用中我也不会感到惊讶。为什么?他们是老式的,坚固耐用的设备,没有任何不必要的功能。例如,一台Cole-Parmer可见分光光度计为科学家提供了335-1,000 nm的波长范围,输出是模拟的,对许多测量仍然有效。

尽管很简单,但这些设备可以以多种方式使用。即使在描述Cole-Parmer的基本模型时,该公司也表示:“这些分光光度计适用于各种通用和质量控制应用 - 非常适用于生物化学,环境化学,食品测试和水测试实验室。它们将价值和简单性与更昂贵的仪器的准确性结合起来。“

简单与否,这些仪器仍然用于**研究。例如,一个**际科学家团队**近使用可见分光光度法研究混凝土中的石英。3他们报道:“进行该可见光分光光度计测试来评价变形的石英的不同样品的溶解电位,这确认了作为的晶体结构的增加而变形的石英的反应性增加。”

光谱**佳点

在UV和Vis中工作的分光光度计可能比其他任何类型都使用得更多。这也是市场的一部分,为研究人员提供了许多选择。这一切始于1947年,当时科学家们可以购买**台商业设备,由美**工程师亨利·卡里共同创办的应用物理公司开发的Cary 11紫外 - 可见分光光度计。

这一遗产继续存在于安捷伦的Cary 60 UV-Vis中。它涵盖190-1,100纳米的波长,其灯泡通常持续约十年。增加其在3秒内扫描整个波长的能力,这个平台可以帮助科学家收集大量的数据 - 所有这一切早在考虑更换灯泡之前。此外,科学家可以使用这种装置跳过比色杯,因为它包含一个直接放入液体样品中的光纤探针。

今天的一些设备也适用于非常小的样本量。例如,Thermo Fisher Scientific NanoDrop ND-2000 UV-Vis仅需要0.5-2微升样品。该平台可用于分析细胞培养物,核酸和蛋白质。科学家们也可以开发定制方法。

甚**可以快速扫描许多小样本。例如,PerkinElmer的DropletQuant UV-VIS微量分光光度计可以在不到5分钟的时间内扫描96个样品 - 每个样品仅使用2微升。该系统还可以用作自动化工作流程的一部分。

在印度,一组科学家开发出一种使用氧化石墨烯磁性纳米颗粒(GO-MNPs)从样品中去除农药的方法。4他们报道:“本**的方法的优点是使用用于监测和低成本使用GO-的MNP纳米材料从样品溶液中去除农药的简单UV-Vis分光光度法的”。

广泛的好处

在某些情况下,科学家们希望分光光度计能够覆盖更多选项,而这正是UV-Vis-NIR设备所做的。它可以用大约10-2,500nm的光扫描样品。这允许以更多方式分析更多样品。

特定平台可能无法覆盖此范围的每个纳米。例如,Shimadzu的UV-2600覆盖185-900 nm,可以使用ISR-2600Plus双探测器积分球进行增强,扫描成NIR,长达1,400 nm。在描述升级时,Shimadzu的产品文献指出:“因此,UV-2600可以适应太阳能电池抗反射膜和多晶硅晶片的测量。”

更广泛的入射光和检测使得这些分光光度计比其他分光光度计更复杂。例如,需要不止一个探测器来覆盖如此宽的范围。在Jasco的V-780紫外 - 可见 - 近红外平台中,光电倍增管检测紫外 - 可见光,铟 - 镓 - 砷检测器拾取近红外光。此外,单色器和自动交换的光栅产生入射光。结合所有这些元件,该器件覆盖190-1,600 nm波长。

由于能够覆盖如此宽的光谱带,科学家们需要一种适用于许多应用的系统。对于V-780,Jasco指出 - 使用合适的配件 - 该设备可用于“几乎任何生物,材料科学或常规QA / QC测量。”为了适应更多样品格式,选项“包括各种各样液体电池座,微型和超微型电池座,流通池装置和固体样品配件。“甚**可以添加自动化配件。

在许多情况下,研究人员在材料科学中使用UV-Vis-NIR分光光度计。例如,德**的一个研究小组利用其中一个平台来表征铁基金属有机骨架。5他们报道:“由漫反射UV / VIS / NIR光谱...氧化材料的半导体特性进行了研究。”

生命科学应用也受益于这项技术。一个**际科学家团队研究了太阳鸟的羽毛,并指出“尽管它们对热效应具有潜在的重要性,但很少考虑到有色组织反射的可见光谱以外的波长。” 6紫外 - 可见 - 近红外光谱应用于羽毛68种太阳鸟的不同解剖区域,该团队发现“乳房羽毛**具反射性,羽毛羽毛**少”,并且“不同颜色的羽毛的热量和明显的视觉特性始终不同。”

结论清单

分光光度计的概述揭示了这些仪器可以使用的一些方法以及它们可以回答的一些问题。此外,上面给出的简要产品描述表明,科学家可以选择从非常基础到更复杂的模型。问题不在于哪种特定产品总体上是**好的,而是哪种产品在功能上适合特定应用。

为了帮助科学家做出**佳选择,Cole-Parmer创建了一个值得考虑的清单:

1.您要测量的产品的密度,形状或尺寸

2.检测限

3.波长范围

4.分析工作范围

5.样品通量(单样品与多样品)

6.仪器和相关消耗品的成本

7.数据质量

8.测量时间

9.自定义和/或预配置的方法选项

10.文书的足迹。

在回顾这份清单时,我想到了一些关于分光光度计的**早评论:“潜在用户**非常仔细地考虑每种原理对各种仪器性能的影响。”美**物理学家Van Zandt Williams在1951年写道,当时他曾在PerkinElmer工作过。7 65多年后,这些话比以往任何时候都更加真实。

事实上,今天选择的乐器淹没了威廉姆斯写作时可用的乐器。因此,**更加仔细和完整地比较“各种”仪器的性能。

令人惊奇的是,75年前的技术被证明是有用的,可能更有用。**仪器提供更多的功能和潜力,但即使是**简单的仪器也可以解决当前科学中的重要问题。有时,科学家需要超级复杂的设备; 有时候,简单但强大的东西会更好。

从我们许多人**次遇到这些仪器的基础教学实验室到**研究项目,各种分光光度计仍然会产生影响。正如本概述所揭示的那样,许多实验室将受益于这些仪器中的一种以上,而这项技术可能会在75年或更长时间内影响科学家。

参考

1. Elmizadeh,H,et al。配体封顶的CdTe量子点作为荧光纳米传感器,用于检测环境水样中的铜离子。J. Fluoresc。2017年[epub提前印刷; PMID:28936785 ]。

2.Tótoli,EG,Salgado,HRN。傅里叶变换红外(FTIR)分光光度法:一种用于分析可注射达托霉素的生态友好方法。J. AOAC Int。100:1569年**1576年。2017. [ PMID:28917263 ]。

3. Techer,F,et al。石英变形程度与二氧化硅溶解对混凝土中碱 - 硅反应的影响。材料10:E1022。2017. [ PMID:28869559 ]。

4. Shrivas,K,et al。通过对氧化石墨烯 - 磁性纳米颗粒的立体选择性吸附行为去除异狄氏剂和狄氏剂异构农药。ENVIRON。科学。Pollut。RES。诠释。2017. [epub提前印刷; PMID:28918582 ]。

5. Spirkl,S,et al。通过固态反应将无孔Fe(II)金属 - 有机骨架单晶转变为多孔金属 - 有机骨架。Inorg。化学。2017. [epub提前印刷; PMID:28960968 ]。

6. Shawkey,MD,et al。超越颜色:太阳鸟(Nectariniidae)的近红外和太阳反射率的一致变化。Naturewissenschaften 104:78。2017. [ PMID:28871351 ]。

7.威廉姆斯,VZ。红外分光光度法原理。Science 2925:51-51。1951年[ PMID:14798382 ]。